局部水头损失
局部水头损失
• 一、局部水头损失发生的原因
• 1、边壁急骤变形发生边界层分离，引起能 量损失；
• 2、流动方向变化所造成的二次流损失。二 次流：当实际液体经过弯管流动时，不但 会产生分离，还会产生与主流方向正交的 流动。
❖应用理论求解局部水头损失是较为困难的。
❖原因：在急变流条件下，固体边界上的动水压强 不好确定。目前，只有断面突然扩大等情况可用理 论求解，其他情况只能通过实验确定。
hj
1
v12 2
hf
hex
1
8sin
1
A1 A2
2
k 1
A1 A2
2
2
渐扩管前细管内流体的沿程阻力系数；
在60º左右 损失最大
扩散角，一般取=6º～12º；
K 与扩散角有关的系数，当≤20º时， 可近似取ksin。
4、渐缩管
hj
ζ2
v22 2g
θ——收缩角 n=A2/A1——收缩面积比 ζ——公式、图表
管道出口损失系数
ζ＝0.（5 1
A2 A1
）
hj
ζ2
v22 2g
管道突然缩小特例
A2 0 A1
ζ 0.5
管道入口损失系数
• 如果把入口加以圆滑，则K值随着圆滑的
程
度
不
同
而
改
变
。
边
缘
为
圆
形且
0.2
入
口
匀
滑
时，
0.0；5 入 口 极 匀 滑 ( 流 线 型 )
时，
。
3、渐扩管(区别课本) A2
管件的安装数量，以减小整个系统的值。
（2）对于管道系统必须安装的管件，可以从改善管件边 壁形状入手来减小局部阻力。
局部水头损失实验报告
开课实验室：2010年 月 日
学院
城环学院
年级、专业Leabharlann 班姓名成绩课程
名称
流体力学与水泵实验
实验项目
名 称
局部水头损失实验
指导教师
教师评语
教师签名：
年 月 日
一、实验目的
1.掌握三点法、四点法测量局部水头损失与局部阻力系数的技能。
2.验证圆管突然扩大局部阻力系数公式及突然缩小局部阻力系数经验公式。
测点间距；L1-2= ；L2-3= ；L3-4= ；L4-b= ；Lb-5= ；L5-6=
（2） 实验记录与计算
测试数据记录表
序号
体积
V／cm3
时间
T／s
流量
Q／（cm／s）
测压管读数
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
实验数据计算表
局部阻力形式
序号
流量
Q/( /s)
断面前测点
断面后测点
前后断面实测沿程水头损失
实测局部水头损失
绝大多数的局部阻力系数ξ只能通过实验测定，不同的边界开关局部阻力系数ξ不同，只有少数局部阻力系数可以用理论分析得出。
如突然扩大的局部水头损失与阻力系数：
或
或
对于突然缩小的局部阻力系数为：
三、使用仪器、材料
1.自循环供水器 2.实验台 3.可控硅无级调速器 4. 水箱
5. 溢流板 6. 稳水孔板 7突然扩大实验管段 8.测压管
实测局部阻力系数
理论局部水头损
失
总水头H
总水头H
突然扩大
1
2
3
重大流体力学实验4(局部水头损失实验)
重大流体力学实验4(局部水头损失实验)
局部水头损失实验是一种重要的流体力学实验，能够证明动量定律并确定河流流体的
阻力特性。
它用以检验以下两条关于河流流体阻力特性的假设：（1）在本地完全不通过
管道的情况下，阻力与深度之间存在某种关系（2）随着流体流动的不断加深，更高的阻
力会发生。
实验设计必须考虑以下变量：流量（Q）、和管路内阻力（F）。
在实验之前，应考虑
管道形状，管道材料和大小，以及管道的安装位置。
这些变量会影响流量和流体阻力的变化，进而影响局部水头损失的数量。
实施局部水头损失实验需要建立两个实验管段，其中第一段通常称为“上端”，主要
用于调整流量，第二段通常称为“下端”，主要用于测量和计算局部水头损失。
同时，实
验中也要用一台流量计（水流管）来测量流量，以及一台压力计来测量压力，以确定局部
水头损失。
最后，设计师根据局部水头损失实验的结果进行比较，利用这一数据来确定动量定律，以及河流流体的阻力特性。
例如，如果实验结果表明，每深度一定比例增加时，力随高度
成正比，则可以说明实验满足动量定律；如果实验结果表明，河流流体的阻力随深度的增
加而增加，则可以说明发展的慢相关递增的阻力特性的河流流体。
总之，局部水头损失实验对于验证动量定律，测定河流流体的阻力特性，特别是验证
河流流体高度和阻力之间关系非常有用。
它们可以帮助设计人员正确设计河流，实现河流
水力规划，使河流的生态环境得到有效的改善。
流体4-5局部水头损失计算
8sin
[1 ( A1 A2
)2 ]
k[1
A1 A2
]2
2
3、管径突然缩小
1 (1 A2 )
2 A1
4、渐缩管
8sin
[1
( A1 A2
)2 ]
2
（对应于速度V2）
5、管道出口（流入大容器）：当A2>>A时，
6、管道入口
1.0
7、常用弯头、三 通和阀门的局 部阻力系数
二、影响局部损失的主要因素
局部阻碍形状 壁面的相对粗糙度
雷诺数
决定
紊流状态下的 局部损失系数
三、局部阻力系数
1、管径突然扩大
1
(1
A1 ) 2 A2
2
( A2 A1
1)2
ξ1和ξ2对应的速度水头不同， ξ1对应的速度水头以A1计算； ξ2对应的速度水头以A2计算。
2、管径逐渐扩大
§4-5 局部水头损失计算
问题设计： 1、管道形状对流动阻力有什么影响？哪些地方会产
生流动阻力？ 2、减小管内流动阻力的思路有哪些？
§4-5 局部水头损失计算
局部损失产生 的主要原因
管壁的急剧变化， 使流体在惯性力的 作用下与壁面发生 脱离，形成旋涡。 引起旋涡损失。
管壁变化，使流 体的流速重新分 布。在速度重新 分布过程中，流 体质量的摩擦和 碰撞增多，产生 能量损失。
四、减小流动阻力的途径 减小沿程阻力的主要途径 减小壁面的相对粗糙度
减小局部阻力的主要途径
改进局部边界形状， 避免旋涡的产生或
减小旋涡的大小的强度
减小局部阻力的具体方法
管道水头损失计算公式总结
管道水头损失计算公式管道的水头损失主要分为：沿程水头损失 f和局部水头损失 j两类。
某管道的总水头损失 w为各分段的沿程水头损失和沿程各种局部水头损失的总和。
1.沿程水头损失计算公式1.1达西——魏斯巴赫公式达西——魏斯巴赫（Darcy-Weisbach）公式：f=λLdv2 2g式中： f—沿程水头损失（m）;λ—沿程水头损失系数；L—管长（m）;d—管径（m）;v—管道水流速度（m/s）。
运用达西——魏斯巴赫（Darcy-Weisbach）公式，主要是确定沿程阻力系数λ，目前主要是一些经验公式：（1）根据尼古拉兹实验分区对沿程阻力系数λ进行计算①层流区层流区λ与相对粗糙度无关，只与雷诺数R e有关。
λ=64R e（R e<2000）②紊流水力光滑区紊流水力光滑区λ与相对粗糙度无关，只与雷诺数R e有关布拉休斯公式：λ=0.3164R e0.25（104<R e<105）普朗特—尼古拉兹公式（J.Nikuradse）：λ=2lg(R eλ)-0.8（105<R e<3ⅹ106）③紊流水力粗糙过度区紊流水力粗糙过度区λ与相对粗糙度kd和雷诺数R e都有关柯列布鲁克—怀特（Colebrook-White）公式:1λ−2lg(2.51R eλk3.71d)公式中：R e—雷诺数;k—管道当量粗糙度（mm）;d—管道直径一般适用于紊流光滑区、紊流过渡区和粗糙区，其适用范围较为宽泛、准确性高，④紊流水力粗糙区紊流水力粗糙过度区λ与雷诺数R e无关，只与相对粗糙度kd相关。
卡门(Karman)公式：1λ=−2lgk3.7d公式中：k—管道当量粗糙度（mm）;d—管道直径（2）齐恩（jain,A.k）公式齐恩（jain,A.k）公式一般用于紊流过渡区λ=1.14-2lg(kd+21.25R e0.9)（5000<R e<108）(3)哈兰德公式λ=−1.8lg[k3.7d1.11+6.8R e)(4)阿尔特舒尔公式λ=0.11（kd+68R e）0.251.2谢才公式谢才公式只有谢才系数C一个影响参数，一般能适用于不同的流态区。
水力学 局部水头损失量测实验
水力学局部水头损失量测实验水力学是研究水流流动特性的学科，它旨在研究和分析水的流动机理，以便系统和准确地描述水的流动过程。
水头损失（水头损耗）是指水流穿过管道时，由于中间的障碍（包括水力阀、排污阀等）而产生的纵向阻力，致使水体所带来的机械能（抽水机提升的能量）减少所拥有的水头，这就是水头损失所指的含义。
局部水头损失量测实验是水力学专业研究的一个基本实验，其目的是为了研究设立的管道中的流体的流变属性，它能够反映在流线方向上的变化和弯半径变化，观测流体动力学参数的变化情况，从而为提高大型水工结构的效率提供科学依据。
它主要分为直管内流测试和阀体内流测试，其原理大致相同。
实验首先安装实验装置，将直管和阀体安装在垂直安装，装置包括液体填充管、正压值表、胸管、水池和控制器等，将实验水体从水池中泵出穿行其中，实验过程采用液体温度和压力的定时记录和比较，计算出不同的参数值，用来检验水头损失的大小。
经过实验，此种装置能够很好地检测出管道中水头损失的大小，可以改善水力学模型以及水力结构的设计。
本实验中，我们在设计水工结构MyCompany制造的水池处，进行局部水头损失量测实验，首先将水池罩体（此处用以安装阀体）安装完毕后，将水填充至下料管中，打开压力表，检查压力变化。
随后，安装完成的阀体依次加入，当装置安装完成后，系统会自动开启流量计，以观察水头损失的变化。
在实验过程中，我们经过重新检查参数，得出结论：原告安装完成后，液体填充和排水阀理想运转情况下，可以使实验控制区域水头损失控制在100厘米以内。
在实验过程中，我们也可以观测流线的变化的变化趋势，并根据实验室的数据，研究出来的结果除了对水力学领域的新发现之外，还可以作为其他设计和制造水工结构的参考依据。
总的来说，局部水头损失量实验是一种能够反映管道内水头损失大小的实验和装置，能够提高大型水工结构的效率并得出新的研究发现。
而在MyCompany制造的水池处，我们完成了局部水头损失量实验，得出结论：在此安装完成后，液体填充和排水阀运行情况下，可以使实验控制区域水头损失控制在100厘米以内。
局部水头损失计算课件
03 提高工程效益
准确计算局部水头损失，有助于优化管道设计、 降低能耗、提高工程效益。
局部水头损失定义
01 局部阻力
流体在管道中流动时，由于管道截面变化、弯头 、阀门等局部构件引起的阻力。
02 局部损失
流体克服局部阻力所消耗的能量，表现为水头降 低。
计算方法
根据突然扩大前后的管径、流速等参数，利用经验公式进行计算。
影响因素
管径比、流速比、流体性质等。
实例二：弯曲损失计算
弯曲损失的定义
01
流体在弯曲管道中流动时，由于离心力和摩擦力的作用，将产
生局部水头损失。
计算方法
02
根据管道的弯曲半径、流速、流体性质等参数，利用经验公式
进行计算。
影响因素
03
06
实验验证与结果分析
实验目的和原理介绍
实验目的
通过实验验证局部水头损失计算公式的准确性，加深对局部水头损失的理解。
实验原理
局部水头损失是由于流体在管道中流动时，遇到局部阻力（如弯头、阀门等） 而产生的能量损失。计算公式为：hj=ξ*(v^2/2g)，其中ξ为局部阻力系数，v为 流体速度，g为重力加速度。
管径渐变对局部水头损失影响较小
采用渐变管径设计，可以减小流体在管道中的流速变化和涡流损失，从而降低局部水头损失。
优化管道布局和设计参数
合理选择管道材料和内壁粗糙度
选择内壁光滑、粗糙度小的管道材料，可以减小流体在管道中的摩擦阻力，降低局部水头损失。
优化管道布局和减少弯头、阀门等局部阻力件
合理设计管道布局，减少弯头、阀门等局部阻力件的使用，可以降低流体在管道中的涡流损失和能量损失，从而 减小局部水头损失。
管道水头损失计算
管道水头损失计算
管道水头损失计算
沿程和局部水头损失之和为总水头损失：
hw=hf+hj（3）
式中：
hw—管道的总水头损失，m；
hf—管道沿程水头损失，m；
hj—管道局部水头损失，m. UPVC管材的沿程水头损失计算常采用谢才公式：
hf=（L/c2R）v2（4）
式中：
L—管道的长度，m；
c—谢才系数；
R—管道的水力半径，m.
局部水头损失计算公式为：
hj=ε（v2/2g）（5）
式中：
ε—管道局部阻力系数；
g—重力加速度，9.81m/s2.
<<室外给水设计规范>>给的
hf=hl+hj=iL(1+10%)
式中：hf——水头损失（m）
hl——沿程水头损失（m）
hj——局部水头损失（m）；一般hj=5-10%hl
L——管道长度（m）
i——水力坡度：
聚乙（丙）烯给水管
i=0.000915×（Q^1.774/d计^4.774）;
钢管给水管
i=0.000912×v^2（1+0.867/v）^0.3/d计^1.3 (v<1.2m/s)
i=0.000107×v^2/d计^1.3 (v>=1.2m/s)
式中：v——管内流速（m/s）
d计——水管计算内径（m）
管道糙率经验值
铸铁管一般0.014，钢管0.012，upvc管0.009，RPR管0.0084，水泥管0.013～0.015。
管道总水头损失计算公式
管道总水头损失计算公式
管道总水头损失由沿程水头损失和局部水头损失两部分组成。
沿程水头损失的计算公式有多种，其中一种常用的经验公式适用于硬质塑料管道（PVC）：Hf = ×104×（/）×L，式中：Hf为沿程水头损失（m）；L、Q、d分别为管道长度（m）、流量（m3/h）和管道内径（mm）。
局部水头损失的计算公式为：Hj =ζ v2/2g，式中：Hj为局部水头损失（m）；ζ为局部阻力损失系数，与管件、阀门的类型与大小有关；v、g分别为管道中水的流速（m/s）和重力加速度（/s2）。
在实际设计工作中，
一般先计算出沿程水头损失Hf，然后取局部水头损失Hj = 10% Hf，以满
足设计要求。
以上内容仅供参考，如需更准确的信息，建议查阅流体力学相关书籍或咨询该领域的专家。
局部水头损失计算ppt课件
注意： ξ是对应于某一流速水头而言，在选用时应注意二者的关系，以免用错了流速水头。若不加特殊标明者，一般ξ值皆相应于局部阻力后的流速水头而言。
*
不同边界条件常见的局部水头损失系数表
*
不Hale Waihona Puke 边界条件常见的局部水头损失系数表*
弯管段局部损失系数确定
如：30°弯管，R/d=0.5， ζ90=1.2， 30°弯管a值为0.55，则转弯处局部损失系数为0.55×1.2=0.66
*
局部水头损失计算举例
【案例分析与计算】：
图中共有三处产生局部水头损失，即管道进口处、管径缩小处和 闸阀处，如图中所示。
1.进口处
*
局部水头损失计算举例
【案例分析与计算】：
2.缩小处
*
局部水头损失计算举例
【案例分析与计算】：
3.闸阀处
4.总的局部水头损失
*
水力分析计算
局部水头损失计算
*
局部水头损失计算公式
式中ξ为局部水头损失系数 ，v为断面平均流速。
局部水头损失就是由于水流边界发生不连续突然改变，由于水流 的惯性导致水流与边壁的脱离现象而产生的水头损失。
局部水头损失产生的边界条件各种各样，相当复杂，目前还没有 理论计算公式，通常用一个流速水头与一个局部水头损失系数的 乘积来表示，即
管道局部水头损失实验(完成)-局部水头损失实验
武汉大学教学实验报告实验名称 管道局部水头损失实验 指导老师 姓名吴前进年级11级学号2011301580067成绩一：预习部分1：实验目的 2:实验基本原理3：主要仪器设备（含必要的元器件，工具）一、实验目的1、掌握测定管道局部水头损失系数ζ的方法。
2、将管道局部水头损失系数的实测值与理论值进行比较。
3、观测管经突然扩大时旋涡区测压管水头线的变化情况和水流情况，以及其他各种边界突变情况下的测压管水头线的变化情况。
二、实验原理由于边界形状的急剧改变，水流就会与边界分离出现旋涡以及水流流速分布的改组，从而消耗一部分机械能。
单位重量液体的能量损失就是水头损失。
边界形状的改变有水流断面的突然扩大或突然缩小、弯道及管路上安装阀门等。
局部水头损失常用流速水头与与系列的乘积表示。
gvh j 2ζ=式中：ζ—局部水头损失系数。
系数ζ是流动形状与边界形状的函数，即ζ= f （Re ，边界形状）。
一般水流Re 数足够大时，可认为系数ζ不再随Re 数而变化，而看作常数。
管道局部水头损失目前仅有突然扩大可采用理论分析，并可得出足够精确的结果。
其他情况则需要用实验方法测定ζ值。
突然扩大的局部水头损失可应用动量方程与能量方程及连续方程联合求解得到如下公式：22112112122222)1(,2)1(,2A Ag v h A Ag v h j j -==-==ζζζζ 式中，A 1和v 1分别为突然扩大上游管段的断面面积和平均流速；A 2和v 2分别为突然扩大下游管段的断面面积和平均流速。
三、实验设备实验设备及各部分名称如图一所示。
二：实验操作部分1：实验数据，表格及数据处理 2：实验操作过程（可用图表示） 3结论图一 局部水头损失实验仪四、实验步骤1、熟悉仪器，记录管道直径D 和d 。
2、检查各测压管的橡皮管接头是否接紧。
3、启动抽水机，打开进水阀门，使水箱充水，并保持溢流，使水位恒定。
4、检查尾阀K 全关时测压管的液面是否齐平，并保持溢流，使水位恒定。
第6章 局部水头损失
能量方程
p1
g
v12 2g
p2
g
v
2 2
2g
hj
1
2
连续性方程
v1A1 v2 A2
联立上述三个方程可得：
(v v )2
hj
1
2
2g
3
(v v )2
hj
1
2
2g
突然扩大的局部水头损失公式
hj
(1
A1 )2 A2
v2 1
2g
v2 1
2g
(1 A1 )2
1.0
v
管道进口
5
v2
hj 2g
0.5(a)直角进口 0来自05 ~ 0.25 (b)圆角进口
1.0 (c)外伸进口
6
阀门的局部阻力系数
ζ
0
开度 k
阀门的阻力系数随阀门的开度k变化而变化。当开度大到一定值 后，其阻力系数变化较小；而当开度小于一定值后，阻力系数迅速增 大；开度为0时，阻力系数无限大。
1
6.7 局部水头损失
• 局部水头损失hj的一般表达式
• 突然扩大管道的的确定 • 突然缩小管道的的确定 • 管道出口与进口损失系数
• 局部水头损失hj的一般表达式
hj
v2 2g
式中： ——局部水头损失系数。
1
v1 p1A1
2
2
p2A2 v2
• 突然扩大管道的的确定
动量方程
F p1A2 p2 A2 qV (2 1)
A2
或
hj
( A2 A1
1)2
v2 2
2g
沿程水头损失和局部水头损失
沿程水头损失和局部水头损失
一·产生水头损失的原因
1.水头损失的内因：粘滞性
2.水头损失的外因：边界对液流的约束
二·水流运动的阻力的分类
1.内摩擦阻力
2.附加阻力
三·水头损失的类型
水头损失：单位重量的液体自一断面流到另一断面所损失的机械能。
分类：
（1）沿程水头损失：液流做均匀流，在液流内部与固壁之间产生的沿程不变的切应力，称为沿程阻力。
由沿程阻力做功而引起的水头损失称为沿程水头损失。
沿程水头损失产生的原因：
为了克服各流层之间的沿程阻力，而引起单位重量流体在运动过程中的能量损失。
(2)局部水头损失：
当固体壁沿流程急剧改变，是液流内部流速重新分布，质点间进行剧烈动量交换而产生的阻力。
有局部阻力做功引起的水头损失称为局部水头损失。
局部水头损失产生的原因：
主要原因是流体经局部阻碍时，因惯性作用，主流与壁面脱离，其间形成漩涡
区，漩涡区流体质点强烈紊动，消耗大量能量；此时漩涡区质点不断被主流带向下游，加剧下游一定范围内主流的紊动，从而加大能量损失；局部阻碍附近，流速分布不断调整，也将造成能量损失。
常见的发生局部水头损失区域
只要局部地区边界的形状或大小改变，液流内部结构就要急剧调整，流速分布进行改组流线发生弯曲并产生旋涡，在这些局部地区就有局部水头损失。
04 局部水头损失实验
04 局部水头损失实验
局部水头损失是液流通过管道过程中会产生的水力损失形式之一。
在管道中，如果管道断面不同或是在管道中存在锐边、弯头、阀门等部件，液体在通过这些部件时就会产生局部水头损失。
局部水头损失的大小取决于管道断面的条件、流速、液体性质、管道内部的变化等多个因素，如果不能正确估算局部水头损失，则会导致管道的设计不合理，造成能量和资金的浪费。
为了研究管道中的局部水头损失，我们通过实验的方式来模拟不同条件下的情况。
在实验中，我们选取了一根螺旋线管作为管道直径较小的一段部件，同时在两端连接，形成一个封闭环路，通过泵在管道内形成水流，然后对水流的压力、流量进行测量，利用实验数据计算出局部水头损失的大小，进而对管道的设计、调试和改进提供参考依据。
我们通过实验发现，封闭环路中的水流速度越快，局部水头损失就越大，这是由于快速的水流会将气体带入管道，产生紊流现象，而气体在管道中状态的变化会导致水流的动量和能量损失，形成局部水头损失。
此外，实验中我们还模拟了管道中存在多个弯头、错位口、阀门等部件的情况，测量数据表明过多的部件和复杂的管道结构会进一步引起局部水头损失的增加，因此在设计和改善管道时，需要充分考虑管道性质和流体的流动情况，合理安排管道内部的结构，减少不必要的部件，提高管道的流动效率，降低水头损失的影响。
总之，局部水头损失是管道中不可避免的现象，要想降低管道中的水头损失，需要从多方面加强管道的设计、调试和改进。
通过实验可以更加深入地了解局部水头损失的原理和计算方法，为管道的优化和改进提供参考依据，进一步提高管道的安全性和经济性。
污水处理厂局部水头损失系数取值范围
污水处理厂局部水头损失系数取值范围压力管的闸门的局部水头损失系数与闸板的开度有关。
当闸板开度处于全关状态，局部水头损失系数为无穷大。
当闸板开度为0.2时，局部水头损失系数为35。
当闸板开度处于半关状态时，即开度为0.5时，局部水头损失系数为2.06。
当闸板开度为0.8时，局部水头损失系数为0.17。
当闸板开度处于全开状态时，局部水头损失系数为0。
全部功能采用计算机控制，系自主开发的软件，有良好的操作界面，使用户的操作和监测都更加简单和直观，使制冷、加热、提蓝传送切换，按设定值自动进行。
冷箱、热箱独立控制，箱门互相独立，扩大试验箱的使用范围（一箱三用）。
产品保温成效可以得到充分确保局部水头损失不能按照郾城水头损失的50%计算的。
污水厂的高程污水处理厂污水处理高程布置的主要任务是：确定各构筑物和泵房的标高确定处理构筑物之间连接管（渠）的尺寸及其标高，通过计算确定各部位的水位标高，从而能够使污水沿处理流程在处理构筑物之间通畅的流动，保证污水处理厂的正常运行。
污水厂的高程布置为了降低运行费用和便于管理，污水在处理构筑物之间的流动按重力流考虑为宜（污泥流动不在此例）。
为此，必须精确地计算污水流动中的水头损失。
水头损失包括[2]：（1）污水经各处理构筑物的内部水头损失；（2）污水经连接前后两构筑物管渠的水头损失，包括沿程水头损失和局部水头损失；（3）局部水头损失按沿程水头损失的 0.3 倍计。
6.2.3 高程计算沿程水头损失按： h = iL 计算，i 为管渠的坡度；局部水头损失按： h = ξ v2/ 2g 计算，ξ为局部水头损失系数。
污水处理厂高程布置应考虑事项（1）选择一条最长、水头损失最大的流程进行水力计算，并应适当留有余地，以保证任何情况下，处理系统都能够运行正常；（2）计算水头损失时一般以近期最大的流程作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头；（3）在做高程布置时应注意污水流程与污泥流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。
水头损失公式范文
水头损失公式范文水头损失是指流体在流动过程中因摩擦和阻力等原因而减少的能量。
水头损失不仅仅是水力工程中一个重要的概念，也是研究流体力学和流动中能量变化的基础。
在眾多的水头损失公式中，有经验公式、理论公式和实验公式等，下面将详细介绍几种常见的水头损失公式。
1.突然扩流水头损失公式当流体由管道经过一个突然扩大截面时，流体的速度会减小，造成水头损失。
根据伯努利方程，可得突然扩流水头损失公式为：ΔH=K1*(V1^2-V2^2)/2g其中，ΔH为水头损失，K1为流量系数，V1为进口速度，V2为出口速度，g为重力加速度。
2.近壁水头损失公式当流体通过管道时，由于流体黏性和摩擦作用，会在管壁附近造成水头损失。
近壁水头损失公式可以用柯西方程和雷诺应力来计算，如：ΔH=α*(L/D)*V^2/2g其中，ΔH为水头损失，α为近壁摩阻系数，L为管道长度，D为管道直径，V为流速，g为重力加速度。
3.局部阻力水头损失公式当流体通过管道内的局部缩流、局部扩流、弯头、三通管等装置时，会产生较大的局部阻力，并导致水头损失。
对于不同的局部阻力形式，可以使用不同的公式进行计算。
例如突然收缩水头损失公式为：ΔH=K2*(1-(A2/A1)^2)/2g其中，ΔH为水头损失，K2为局部阻力系数，A1为进口截面积，A2为出口截面积，g为重力加速度。
4.管道摩擦水头损失公式当流体通过管道时，由于管道内壁的粗糙度和水流的黏性，产生了管壁摩擦阻力，导致水头损失。
管道摩擦水头损失公式可通过达西公式或庞德莱特公式来计算。
其中达西公式为：ΔH=f*(L/D)*(V^2/2g)其中，ΔH为水头损失，f为阻力系数，L为管道长度，D为管道直径，V为流速，g为重力加速度。
以上仅是水力工程中常见的一些水头损失公式，实际应用中还存在更多的公式和模型用于计算不同情况下的水头损失。
此外，各种水头损失公式通常都包含一些经验系数，这些系数可以通过实验或实际观测获得。
在具体应用时，需要根据具体的情况选用适用的水头损失公式，并根据实际情况确定相应的参数值。
沿程水头损失和局部水头损失
lgRe
匀砂粒粗糙的管路中进行了系统的沿程阻力系数和
断面流速分布的测定，得出λ与Re之间的关系曲线，
如图所示。
沿程水头损失和局部水头损失
1.2 湍流沿程水头损失计算
1.1
1.0
a
0.9
根据λ的变化特性，图中曲线 0.8
可分为5个阻力区。
lg(100λ) 0.7
—r0
e
ks
15
第Ⅰ区（ab线，lgRe＜3.36， 0.6
0.6
60
0.5
b
126
0.4 252
0.3
507
0.2
d
f
2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0
lgRe
沿程水头损失和局部水头损失
1.2 湍流沿程水头损失计算
第Ⅲ区（cd线，lgRe＞3.6，
126
0.4
于一定的管路，λ在该区常数。由 0.3
252 507
式（5-1），沿程水头损失与流速
0.2
d
f
2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0
lgRe
的平方成正比，故湍流粗糙区又
称阻力平方区。
沿程水头损失和局部水头损失
则d=对显4于然R，边，d长对e=为于4Ra边。、长表b的为示矩a非的形圆正断管方面的形来当断说量面，直来其径说当为，量水其直力当径半量径d直e 的径44Rd倍e=。4a。2(aab
b)
2ab ab
有了当量直径de，仍可用达西公式计算非圆管的沿程水头损失，其公式如下
04 局部水头损失实验
§8 局部水头损失实验8.1 实验目的和要求1.学习掌握三点法、四点法测量局部阻力因数的技能，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管的实测值与经验值比较；2.通过阀门局部阻力因数测量的设计性实验，学习二点法测量局部阻力因数的方法。
8.2 实验装置1．实验装置简图实验装置及各部分名称如图8.1所示。
图8.1 局部水头损失实验装置简图1.自循环供水器2.实验台3.可控硅无级调速器4.恒压水箱5.溢流板6.稳水孔板7.圆管突然扩大8.气阀9.测压计10.测压管①~⑥11.滑动测量尺12. 圆管突然收缩13.实验流量调节阀14.回流接水斗15.下回水管2．装置说明实验管道由圆管突扩、突缩等管段组成，各管段直径已知。
在实验管道上共设有六个测压点，测点①－③和③－⑥分别用以测量突扩和突缩的局部阻力因数。
其中测点①位于突扩的起始界面处，这里引用公认的实验结论 “在突扩的环状面积上的动水压强近似按静水压强规律分布”，认为该测点可用以测量小管出口端中心处压强值。
气阀8用于实验开始时排除管中滞留气体。
3．基本操作方法(1) 排气。
启动水泵待恒压水箱溢流后，关闭实验流量调节阀13，打开阀8排除管中滞留气体。
排气后关闭阀8，并检查测压管各管的液面是否齐平，若不平，重复排气操作，直至齐平。
(2) 测压管水头用测压计测量，基准面可选择在滑动测量尺零点上。
(3) 流量测量。
实验流量用阀13调节，流量由称重法测量，用秒表计时，用电子称称重。
8.3 实验原理流体在流动的局部区域，如流体流经管道的突扩、突缩和闸门等处(图4.4.2)，由于固体边界的急剧改变而引起速度分布的变化，甚至使主流脱离边界，形成旋涡区，从而产生的阻力称为局部阻力。
由于局部阻力作功而引起的水头损失称为局部水头损失，用h j 表示。
局部水头损失是在一段流程上，甚至相当长的一段流程上完成的，如图8.2，断面1至断面2，这段流程上的总水头损失包含了局部水头损失和沿程水头损失。
水力学与泵站实验—局部水头损失
对于突然缩小的局部阻力系数为:h f(v i V 2)22g或h f1)2V 2 2g2 V22 -2g 或 h f(1A 1)2 V 1A 2)2g2 V12g0.5(1 A 2)A《流体力学、泵与泵站综合实验》实验报告开课实验室：流体力学实验室评 语一、实验目的1. 掌握三点法、四点法测量局部水头损失与局部阻力系数的技能。
2. 验证圆管突然扩大局部阻力系数公式及突然缩小局部阻力系数经验公式。
3.加深对局部水头损失机理的理解。
二、实验原理由于流动边界急剧变化所产生的阻力称局部阻力，克服局部阻力引起的水头损失称局部水头 损失。
为满足工程需要，使断面形状、面积大小和流动方向改变，从而流动边界产生各种各样的 空变，这些突变甚至还可能是它们的某几种变化的综合形式。
从内部机理上，局部阻力或是由于边界面积大小变化引起的边界层分离现象产生，或是流动方向改变时形成的螺旋流动造成，或者两者都存在造成的局部阻力因此，很难能用一个公式表示。
通常，局部水头损失用局部阻力系数E 和流速水头的乘积表示，即v 2 2g绝大多数的局部阻力系数E 只能通过实验测定，不同的边界开关局部阻力系数E 不同，只有 少数局部阻力系数可以用理论分析得出。
如突然扩大的局部水头损失与阻力系数：课程名称流体力学与水泵实验实验项目局部水头损失实验成绩年 月曰教师签名：年 月曰h f三、使用仪器、材料1.自循环供水器2.实验台3.可控硅无级调速器4.恒压水箱5.溢流板6.稳水孔板7突然扩大实验管段8.测压计9.滑动测量尺10.测压管11.突然收缩实验管段12.实验力量调节阀四、实验步骤1）熟悉实验仪器，记录有关参数。
2）打开电源供水，待水箱溢流恒定后全开流量调节阀，排除实验管道内气体管道内气体排净后关闭流量调节阀，检查测压管液面是否齐平。
3）全开流量调节阀，待流量稳定后，采用时间体积法测算流量，并计算通过各管段的流速，同时读取测压管液面高度。
4）调节流量调节阀开度，逐级放大流量，重复步骤3,测试5组流量，记录数据到计算表中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第#期
万五一 ! 等" 局部水头损失对流体瞬变的影响及其数值模拟
" " ! F
"# 力参数的影响 ! O ) ’ 5 0 * A + * ’等人 ! 对微灌系统的局
数的范围过大 $ 在恒 定 流 计 算 时 通 常 将 局 部 水 头 损 失和沿程水头损失放在一起考虑 = 局部 水 头 损 失 是 非 连 续 分 布 的 $ 如果管道的连 接和断面变化频繁 $ 则数值计算的边界非常繁琐 = 水 击特征线计算方法 是 广 泛 应 用 的 数 值 模 拟 算 法 $ 该 但这$ 方法 以 水 流 的 连 续 方 程 和 动 量 方 程 为 基 础 $ 个方程在推导过程 中 只 包 含 了 沿 程 水 头 损 失 $ 没有 包含局部水头损失 对 非 恒 定 流 的 影 响 = 如何考虑局 关键在于把局 部水头损失对管道 流 体 瞬 变 的 影 响 $ 部水头损失引入到 瞬 变 流 计 算 的 能 量 方 程 中 $ 并且 保证原有的数学计算模型的通用性 =
部水 头 损 失 进 行 了 试 验 研 究 ! 林大钧等人
" ?#
" C#
对管道
相交处的几何形状与局部水头损失系数的关系进行 了研究 ! < + , 2 + * 7 A + 6 通过考虑局部水 头 损 失和 沿程 水头损失的关系对威斯 达西 公式 进 行 了改 进 = 这些 K 研究分析了不同结构的局部水头损失系数的取值问 题以及在 恒 定 流 情 况 下 局 部 水 头 损 失 对 水 流 的 影 但局部水头损失 在 流 体 瞬 变 中 的 影 响 还 需 进 一 响$ 步研究 = 特征线数值方 法
" "! @ 2 , * + 2 ) % / * , 4 & . #, ) /Y # 2 , )0 ) . ) 2 2 * . ) ; $ 2 . , ) ) . > 2 * 7 . , ) 5 $ % 4D " % % $ #$ 8 $ . ) ,& 9 ’3 : 1 1$ < 1= :$3 1 $! @ 2 , * + 2 ) % / * , 4 & . #0 ) . ) 2 2 * . ) 6 7 . ) $ 4 ,= ) . > 2 * 7 . J 2 . . ) % % % U !$ 8 $ . ) ,# 9 ’3 : 1 1$ 1 :$ < 1"
$! 瞬变流模拟的基本原理
瞬变流的计算经历了公式法 & 图解法 & 特征线法 其中特征线方法具有精度 和有限元法等几个 阶 段 =
"# 高& 结构简单以及易 于 编 程 等 特 点 = ‘ , 2 0等 人 # 对 8
该方法进行了系统 阐 述 和 推 广 = 随着计算机技术的 该方法在封闭 管 道 的 流 体 瞬 变 模 拟 中 得 到 了 发展 $ 最广泛的应用 = 流体瞬变计算的基本方程包括连续方程和动量 方程 = 其中有 $ 个 因 变 量 $ 即速度和水力坡度线高 度! 即 断 面 位 置 和 时 间= 虽然这$个方 $个 自 变 量$ 但无法获得这$个 程完整地描述了流 体 运 动 规 律 $ 双曲偏微分方程的 解 析 解 = 特征线法首先通过规定 的积分路径将方程 转 换 为 常 微 分 方 程 $ 然后将这些 方程离散成差分形 式 $ 通过差分方程求解瞬变流的 数值解 = 经过特征线路径积分并离散成差分格式的等价 方程组为
J ( C . ’ ( 5 ’, ( 2( . 1 ’ 7 / 5 , 3 / 1 . , ) / 0 (0 C 0 5 , D ’ , 2 0 3 3 ’ 30 ( 7 ’ 3 3 . 7 ’ 25 0 ( 2 . / )D 2 7 , . / 5 ) 7 , ( 3 / ’ ( ) 3 6 :
" " $ $W4 E $ ‘N> ‘( K 2 ( * K 2 * S JE ( K A / ( 8 1
局部水头损失对流体瞬变的影响及其数值模拟
万五一"! 胡云进"! 李玉柱$
" 浙江大学 水利与海洋工程学系 $ 浙江 杭州 D 清华大学 水利水电工程系 $ 北京 " # "= " % % $ #& $= % % % U ! 摘 ! 要 #为了分析由水流内部结构发生变化而导致的局部水头 损 失 对 流 体 瞬 变 压 力 分 布 的 影 响 $ 通过增加约束方 程和引入能量损失修正系数 $ 建立节点法和均分法 $ 种 包 含 局 部 水 头 损 失 的 流 体 瞬 变 计 算 模 型 = 采用数学模型对 考虑局部水头损失情况下的流体瞬变进行数值模拟 $ 得 到 等 效 节 点 瞬 变 压 力 变 化 过 程’ 压力管道沿线最大水击压 局部水头损失比重对沿程最大瞬变压力分布的干扰以及局部水头损失 呈 多 点 离 散 分 布 对 沿 程 最 大 瞬 力的包络线 ’ 变压力分布的影响 = 结果表明 $ 局部水头损失会导致附近的瞬变压力和压力包络 线 的 分 布 发 生 局 部 改 变 $ 但通常不 会影响整个系统的最大瞬变压力值 & 对于所占比重较 小 并 且 呈 离 散 分 布 的 局 部 水 头 损 失 $ 采用修正系数法能够对 压力管道的最大瞬变压力进行等价模拟 = 关键词 #局部水头损失 & 压力管道 & 流体瞬变 & 数值模拟 中图分类号 # # T< $ # $= ?!!!!! 文献标识码 #N!!!!! 文章编号 # " % % U F # D V" $ % % # % # " " ! U % ?
%N* " 8 3 ) 7 , 5 ) ( L 0 ) 2 ; + ,L ’ B 0 ,@ + 6 0 6 7 + Z , 2 6 / 0 B 7 ’+ * + , A 0 7 / 0 2 * , ( 0 * ; 0’ , ’ ; + , / 0 + B , ’ 6 6 0 6’ *Y ) 0 6 6 ( ) 0 B; ’ * K 8 B ( 2 7/ B ) + ( , 2 ;7 ) + * 6 2 0 * 7 6; + ( 6 0 BZ / + * 0 6’ -7 / 0/ B ) + ( , 2 ;3 ) + B 0, 2 * 0 =_ ’ ( * B + ) ( + 7 2 ’ * 6+ * B0 * 0 ) 8 8; 3 8 80 \ 3 8 $ + * B , ’ ; + , / 0 + B , ’ 6 6 0 6@ 0 ) 0B 2 6 7 ) 2 Z ( 7 0 B7 ’ 7 / 00 ( 2 5 + K L ’ B 2 2 ; + 7 2 ’ *; ’ 0 2 ; 2 0 * 7 6@ 0 ) 0Y ) 0 6 0 * 7 0 B 2 *7 / 0L ’ B 0 , \ , 0 * 7* ’ B 0’ )0 , 0 L 0 * 7 =T ) + * 6 2 0 * 7Y ) 0 6 6 ( ) 0 6’ 7 / 00 ( 2 5 + , 0 * 7* ’ B 0@ 2 7 // 0 + B, ’ 6 6 0 6@ 0 ) 06 2 L ( , + 7 0 BZ / 0 \ 87 $ * ( L 0 ) 2 ; + ,L 0 7 / ’ B + * B7 / 0L + M 2 L + ,Y ) 0 6 6 ( ) 0+ , ’ * / 0; ’ * B ( 2 7@ + 6; + , ; ( , + 7 0 B =T / 0; + , ; ( , + 7 2 ’ *0 ) ) ’ )@ + 6 37 + * + , A 0 BZ + 6 0 B’ *7 / 0Y ) ’ ’ ) 7 2 ’ *+ * BB 2 6 7 ) 2 Z ( 7 2 ’ *’ -, ’ ; + , , ’ 6 6 0 6 =] 0 6 ( , 7 66 / ’ @ 0 B7 / + 7, ’ ; + ,/ 0 + B, ’ 6 6 0 6 8 Y / + 5 0 2 * , ( 0 * ; 0’ *7 / 0; ’ * 7 2 ( ’ ( 6* ’ B 0+ * BY ) 0 6 6 ( ) 03 ) + B 0, 2 * 00 M ; 0 77 / 0L + M 2 L + , 7 ) + * 6 2 0 * 7Y ) 0 6 6 ( ) 0+ * B 3 Y $ + 7 7 0 * ( + 7 2 ’ *’ -Z ’ 7 /0 * 7 ) + * ; 0+ * B’ ( 7 , 0 7* ’ B 0 6’ 7 / 0; ’ * B ( 2 7+ * B7 / + 70 * 0 ) ’ B 2 2 ; + 7 2 ’ *; ’ 0 2 ; 2 0 * 7 6; + * 3 8L $ Z 0( 6 0 B; ’ * 5 0 * 2 0 * 7 , ’6 2 L ( , + 7 0; ’ * B ( 2 7/ B ) + ( , 2 ; 7 ) + * 6 2 0 * 7 6@ 2 7 / , ’ ; + , , ’ 6 6 0 6 2 7 / 0 , ’ ; + , , ’ 6 6 0 6 6 ; + 7 7 0 ) 2 * 87 8 7 / 0; ’ * B ( 2 7+ * B+ ) 06 L + , , 0 ) 7 / + *) 2 ; 7 2 ’ *, ’ 6 6 0 6 = % & & & 9 ’ 0 7 2 3, ’ ; + ,/ 0 + B, ’ 6 6 0 6 Y ) 0 6 6 ( ) 0 B; ’ * B ( 2 7 / B ) + ( , 2 ; 7 ) + * 6 2 0 * 7 6 * ( L 0 ) 2 ; + , 6 2 L ( , + 7 2 ’ * 8 :;